ETH ZĂŒrich: Wissenschaftler entwickeln biegbare, flexible und faltbare Batterien

ETH ZĂŒrich: Wissenschaftler entwickeln biegbare, flexible und faltbare Batterien
Foto: Niederberger Gruppe, ETH ZĂŒrich

Forscher der ETH ZĂŒrich um Markus Niederberger, Professor fĂŒr multifunktionale Materialien, haben eine Batterie entwickelt, die vollstĂ€ndig aus weichen Materialien besteht und gebogen, gedehnt, gedreht und gefaltet werden kann. Es sollte die Basis fĂŒr grĂ¶ĂŸere faltbare Smartphone-Akkus und Kleidung bilden.

GegenwĂ€rtige Lithium-Ionen-Batterien sind steif und brennen leicht, wenn sie durch ĂŒbermĂ€ĂŸige Beanspruchung wie Biegen beschĂ€digt werden, was sie fĂŒr die Verwendung in Kleidung und flexiblen elektronischen GerĂ€ten weitgehend ungeeignet macht. Zum anderen kann der Prototyp der flexiblen DĂŒnnschichtbatterie der ETH ZĂŒrich gebogen, verdreht und gedehnt werden, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen.

Das HerzstĂŒck dieser neuen Batterie ist der Hydrogelelektrolyt, der Teil der Batterie, durch den sich die Lithiumionen bewegen mĂŒssen, wenn die Batterie entladen oder geladen wird. Der Elektrolyt wurde vom Doktoranden ETH Xi Chen entwickelt. Das Batterieschichtdesign basiert auf kommerziellen Batterien, aber dies ist das erste Mal, dass Forscher nur flexible Komponenten verwenden, um die Batterie flexibel und dehnbar zu machen.

Silberflocken wie Dachziegel

Die beiden Stromkollektoren fĂŒr die Anode und die Kathode bestehen aus einem flexiblen Kunststoff, der elektrisch leitenden Kohlenstoff enthĂ€lt. Es ist auch die Ă€ußere HĂŒlle. Auf die Innenseite des Kunststoffs trugen die Wissenschaftler eine dĂŒnne Schicht winziger Silberflocken auf. Durch die fliesenförmige Anordnung der Silberflocken verlieren sie auch dann nicht den Kontakt, wenn der Kunststoff stark gedehnt ist. Dies garantiert die LeitfĂ€higkeit des Stromkollektors auch bei starker Dehnung. Wenn jedoch die Silberflocken den Kontakt miteinander verlieren, fließt ein schwacher elektrischer Strom durch den Kohlenstoffkunststoff.

Dann sprĂŒhten die Wissenschaftler mit der Maske Anode oder Kathodenpulver in einem genau definierten Bereich auf die Silberschicht. Kathodenpulver enthĂ€lt Lithiummanganoxid, Anodenvanadiumoxid.

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Gelelektrolyt auf Wasserbasis

Getrennt durch eine Trennschicht Ă€hnlich einem Fotorahmen platzierten die Wissenschaftler schließlich zwei Stromkollektoren zusammen mit den verwendeten Elektroden und fĂŒllten die LĂŒcke im Rahmen mit einem Elektrolytgel.

Dieses Gel ist umweltfreundlicher als frĂŒhere giftige und brennbare ElektrolytflĂŒssigkeiten, betont Niederberger. Die von Doktorand Xi Chen entwickelte basiert wiederum auf Wasser. Lithiumgel wird in einer hohen Konzentration in das Gel eingefĂŒhrt, was nicht nur die Migration von Lithiumionen zwischen Kathode und Anode wĂ€hrend des Ladens und Entladens ermöglicht, sondern auch die elektrochemische Zersetzung von Wasser verhindert.

In der Praxis gibt es immer noch keine Verwirrung

Im Rahmen ihres Prototyps kombinierten Wissenschaftler verschiedene Komponenten mit Klebstoff. In der kommerziellen Praxis kann diese Technik jedoch nicht verwendet werden, da eine langfristige Dichtheit nicht garantiert werden kann. Daher mĂŒssen Sie bei der Vermarktung einer Batterie eine Methode finden, die dies ermöglicht. Die Belastung des Elektrodenmaterials sollte ebenfalls erhöht werden.